Modélisation des couplages multiphysiques matériaux-produits-procédés lors de l'étirage de tubes : application aux alliages métalliques usuels
Institution:
Université Joseph Fourier (Grenoble)Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
ITube cold drawing processes are used to reduce tube diameters and thicknesses, while pulling them through a conical converging die with or without inner plug. An accurate modelling of the material deformation, friction behaviour and thermal effects is required in order to weil describe these processes. It deals with the cold hollow sinking (without inner plug), the mandrel drawing and the floating plug drawing of a stainless steel and a Co-Cr alloy. During the forming process, load cells are placed between the die and the frame for the drawing force. A pyrometer, flXed on the die exit, records the tube external temperature. When possible, simulation parameters are determined thanks to mechanical or thermal tests. The material properties implied in the process, such as the anisotropy or the rate-dependence are studied. Shear and tensile tests are performed to determine the Co-Cr alloy mechanical behaviour with an isotropie temperature-independent Johnson-Cook law. An infra-red camera is employed to observe the sample temperature rise. As the strain rates are high and the experiments' times are short, heat loss through conduction, convection, or radiation can be neglected in comparison to thermoplastic heating. The plastic work converted into heating is described by the heat equation. Process parameters such as friction coefficient or contact conductivity are difficuh to estimate with mechanical experimental tests. A different approach is therefore proposed here, an inverse analysis is carried out to fit these two last parameters. Indeed they can be frtted through a thermomechnical modelling. The friction coefficient is found with the experimental drawing force and the contact conductance thanks to the external tube temperature. Finally, severa] drawing tests are modelled with these parameters and compared to experimental data in order to validate the method.
Abstract FR:
Le procédé d'étirage de tubes permet de réduire leur épaisseur et leurs diamètres progressivement, en les tirant à travers une filière conique. La simulation de l'étirage à froid nécessite des données précises et réelles ce qui implique une étude approfondie des matériaux, du profil des outils et des différents paramètres mécaniques, thermiques et numériques. Cette étude s'intéresse à l'étirage à creux, sur mandrin et sur boulet flottant. Les matériaux mis en œuvre seront des aciers inoxydables et des alliages base cobalt Pendant l'étirage, des 'capteurs d'effort enregistrent la force d'étirage. Fixé en sortie de filière, un pyromètre enregistre la température extérieure. Les paramètres de la simulation sont déterminés grâce à des essais mécaniques et thermiques. Les propriétés des matériaux, telles que l'anisotropie ou la dépendance à la vitesse de déformation sont étudiées. Des essais de cisaillement et de traction ont permis de modéliser les deux matériaux par une loi de comportement de Johnson-Cook isotrope indépendante de la température. Une caméra infrarouge permet d'enregistrer l'augmentation de la température due à la déformation plastique. Le travail plastique transformé en chaleur est décrit par l'équation de la chaleur. Les paramètres procédés tels que le coefficient de frottement sont difficiles à estimer à partir d'essais simples. Une approche différente est proposée. Une analyse inverse est utilisée pour calibrer ces paramètres. Ces simulations vont ensuite être comparées à des résultats expérimentaux sur les bancs d'étirage afm de démontrer la validité des calculs.